Przybliżone wyniki pomiaru ENOB można uzyskać również inną metodą – bezpośrednio z oscyloskopu, używając funkcji FFT. W podanym niżej przykładzie użyto częstotliwości 107 MHz, częstotliwości próbkowania 10 Gs/s i zarejestrowano 10.000 próbek.

Zrzut ekranu na rysunku 10 zawiera następujące informacje:

• diagram 1 pokazuje uzyskany sygnał,
• pomiar 1 potwierdza, iż sygnał wejściowy jest nieco większy, niż 95% zakresu skali. W tym przypadku pełen zakres wynosi 500 mV, a jego 95% to 475 mV,
• diagram 2 pokazuje FFT sygnału wyjściowego w zakresie częstotliwości od 0 do 5 GHz,
• pomiar 2 dotyczy mocy sygnału w zakresie od 120 MHz do 5 GHz, która jest równa w przybliżeniu -45,4 dBm,
• wyniki pomiaru 3 pokazują moc sygnału w zakresie od 90 MHz do 120 MHz, która jest równa w przybliżeniu -2,45 dBm.

Rys. 10. Zrzut ekranu pomiaru ENOB bezpośrednio w oscyloskopie

Wykorzystując wzór na ENOB otrzymujemy:

co daje ENOB równy w przybliżeniu 6,9.

Choć rezultaty te są zbliżone do pomiarów przeprowadzonych z użyciem Matlaba, należy podchodzić do nic z ostrożnością, ponieważ:

• po pierwsze, najdokładniejsze wyniki pomiarów ENOB uzyskuje się, gdy rozmiar FFT jest równy dokładnie liczbie zebranych próbek, co można łatwo osiągnąć w środowisku Matlab. W tym scenariuszu wykorzystującym bezpośrednio R&S RTO nie jest to prawda. Dzieje się tak, ponieważ funkcja realizująca FFT została zoptymalizowana pod kątem szybkości, a nie potrzeby zachowania dowolnie wybranego rozmiaru transformaty. Wyjaśnia to również, dlaczego moc odnosząca się do sygnału została zmierzona w zakresie częstotliwości od 90 MHz do 120 MHz,
• po drugie, ponieważ nacisk kładzie się na możliwie szybkie uzyskanie wyników, pominięty został pomiar mocy szumów od 0 do 90 MHz. Uwzględnienie tego pomiaru spowodowałoby minimalne pogorszenie wartości ENOB.

Na rysunkach 11 i 12 pokazane są zrzuty ekranów konfiguracyjnych dla pomiarów 2 i 3.

Rys. 11. Ekran konfiguracyjny dla bramkowanego pomiaru mocy szumów i zniekształceń

Rys. 12. Ekran konfiguracyjny dla bramkowanego pomiaru mocy sygnału

Podsumowanie

Wyniki pokazują, że R&S RTO1024 ma współczynnik ENOB znacznie powyżej 6,4 w całym paśmie urządzenia 2 GHz. Oscyloskop R&S RTO1012 wykazuje ENOB powyżej 6,7 w całym paśmie 1 GHz i utrzymuje wartość 7,1 aż do około 900 MHz. Te eksperymenty pokazują pewne interesujące zjawiska wymagające wyjaśnienia.

W każdym z pomiarów na pokazanych wyżej wykresach widać spadek wartości ENOB pomiędzy 400 MHz a 1 GHz. Powodem tego jest tworzenie przez wzmacniacz silniejszych harmonicznych wraz ze wzrostem częstotliwości wejściowych. ENOB wzrasta ponownie dla sygnałów wejściowych powyżej 1 GHz, ponieważ harmoniczne tych sygnałów są tłumione przez filtr dolnoprzepustowy znajdujący się wśród układów wejściowych R&S RTO. Dlatego w tym zakresie ENOB ponownie ulega poprawie.

Zgodnie ze specyfikacją, R&S RTO1024 pracuje do zakresu 2 GHz, a R&S RTO1012 do 1 GHz. Powyżej tej częstotliwości sygnały wejściowe są tłumione przez filtr dolnoprzepustowy na wejściu. Uzyskanie 95% pełnego zakresu na oscyloskopie oznacza przeciążenie VGA sygnałem wejściowym, co powoduje powstanie szczególnie silnych harmonicznych, szybko pogarszając ENOB.

Dla uzyskania najbardziej wiarygodnych rezultatów konieczne jest użycie zewnętrznego odniesienia w postaci R&S OCXO. Jednak dobre, przybliżone wyniki można uzyskać także bez tego, jak pokazuje wykres 6. (tylko 0,05 bitu różnicy).

Pomiary pokazują, że wartość spadku ENOB pomiędzy 400 MHz a 1 GHz jest mniejsza dla skali 500 mV na działkę, niż przy skali 50 mV/div. Dzieje się tak, gdyż wzmacniacz wejściowy musi wzmacniać mniej przy dużym sygnale wejściowym. Wskutek tego powstaje mniej harmonicznych, prowadząc do lepszej wartości ENOB.

Wykres na rysunku 9 pokazuje, że R&S RTO1012 (pracujący w paśmie do 1 GHz) ma współczynnik ENOB około 7,1 aż do około 900 MHz. Spada nieco do poziomu 6,75 na częstotliwości 1 GHz. Wynik ten jest lepszy, niż dla R&S RTO1024, gdyż oba przyrządy próbkują z szybkością 10 miliardów próbek na sekundę, ale różnią się pasem. W węższym paśmie 1 GHz (pasmo R&S RTO1024 to 2 GHz), R&S RTO1012 efektywnie próbkuje mniej szumu i mniej harmonicznych, co prowadzi do wyższej wartości współczynnika ENOB. 

Opracowanie wykonane na podstawie noty aplikacyjnej „The Effective Number of Bits (ENOB) of my R&S Digital Oscilloscope Technical Paper” firmy ROHDE & SCHWARZ.